高考生物二轮复习专题学案：16实验分析（含解析）

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高考生物二轮复习专题学案
16　实验分析、设计与评价
1.厘清实验设计的基本思路
2.明确实验设计步骤的“三步曲”
(1)基本步骤
(2)“使用恰当的语言”表述应注意的问题
①实验材料的选择:植物——“大小相似、长势相同的同种植株”;动物——“体重(体长)、年龄、健康状况相同”,有时需“性别”相同;有时可以叙述为“生长状况基本相同的个体”。
②试剂的选择:在量上难以做到准确的量化描述时,应尽可能用“定性”的语言表达,要注意“等浓度”“等体积”“适量的”“一定量的”等词的运用。
③实验时间和条件的表述:实验时间和条件上用“一段时间”“适宜的温度、pH”“相同且适宜的条件”等语言。
3.明确实验思路(步骤)的书写模式
(1)实验思路与实验步骤书写技巧的比较
(2)书写实验思路和实验步骤的注意点
①要求写出实验思路和实验步骤的试题,都要注意“无关变量”的描述,尤其是写出实验步骤类试题。因为无关变量是决定实验成败的关键因素,写实验步骤时,必须要对无关变量的操作作出说明。
②在一个实验中,人为设置的变量,除了自变量,都是无关变量,若有无关变量的具体内容(如某种酶发挥作用的最适温度为37 ℃),则需明确写出;若没有无关变量的具体数值(如保温时间),则可用“适宜且相等”“理想条件下”等文字表述。
4.“五看法”评价实验设计的方案
1.[2023·北京卷] 研究者检测了长期注射吗啡的小鼠和注射生理盐水的小鼠伤口愈合情况,结果如图。由图可以得出的结论是 (　)
A.吗啡减缓伤口愈合
B.阿片受体促进伤口愈合
C.生理条件下体内也有吗啡产生
D.阿片受体与吗啡成瘾有关
2.[2023·湖北卷] 为探究环境污染物A对斑马鱼生理的影响,研究者用不同浓度的污染物A溶液处理斑马鱼,实验结果如下表。据结果分析,下列叙述正确的是 (　)
指标 A物质浓度/(μg·L-1)
0 10 50 100
① 肝脏糖原含量/ (mg·g-1) 25.0± 0.6 12.1± 0.7 12.0± 0.7 11.1± 0.2
② 肝脏丙酮酸含量/ (nmol·g-1) 23.6± 0.7 17.5± 0.2 15.7± 0.2 8.8± 0.4
③ 血液中胰高 血糖素含量/ (mIU·mg·prot-1) 43.6± 1.7 87.2± 1.8 109.1± 3.0 120.0± 2.1
A.由②可知机体无氧呼吸减慢,有氧呼吸加快
B.由①可知机体内葡萄糖转化为糖原的速率加快
C.①②表明肝脏没有足够的丙酮酸来转化成葡萄糖
D.③表明机体生成的葡萄糖增多,血糖浓度持续升高
3.[2023·天津卷] 某种蜂将幼虫生产在某种寄主动物的身体里,研究人员发现幼虫羽化成功率与寄主肠道菌群有关,得到如下表结论。
菌种 1 2 3 4 5 6
醋酸杆菌A + - + + + +
芽孢杆菌B + - - + - -
菌C + - - - + -
菌D + - - - - +
注:“+”代表存在这种菌,“-”代表不存在这种菌
(1)根据第　　　　　　列,在有菌A的情况下,菌　　　会进一步促进提高幼蜂羽化率。
(2)研究人员对幼蜂寄生可能造成的影响进行研究。
(ⅰ)研究发现幼蜂会分泌一种物质,类似于人体内胰岛素的作用,则其作用可以是促进　　　　　物质转化为脂质。
(ⅱ)研究还发现,幼蜂的存在会导致寄主体内脂肪酶活性降低,这是通过　　　　　　　　　的方式使寄主积累脂质。
(ⅲ)研究还需要知道幼蜂是否对寄主体内脂质合成量有影响,结合以上实验结果,请设计实验探究: 　 。
考查实验变量的分析
1.[2023·湖北荆宜联考] 物质M能被酶N催化分解,Pb2+能与酶N牢固结合而使酶失活。某研究小组做了如下两组物质M的分解实验:
实验一:在最适pH和温度条件下探究一定范围内酶N的浓度对酶促反应速率的影响;
实验二:各组均加入等量微量Pb2+,其他条件与实验一相同,测定酶促反应速率。
下列有关说法错误的是 (　)
A.实验一和实验二中的物质M都应保持过量的状态
B.Pb2+是通过与物质M竞争相同结合位点使酶失活
C.若略微升高实验一的反应温度,酶促反应速率会接近实验二反应速率
D.实验一和实验二的自变量和因变量都相同
考查“实验评价”类
2.突触小体细胞外Ca2+通过Ca2+通道进入胞内,从而影响神经递质的释放。某实验小组为证明该观点,提出的实验方案是保证胞外Ca2+量足够的前提下,在实验体系中施加Ca2+通道阻断剂,然后刺激突触前神经元,检测神经递质的释放量。请评价该实验方案的不合理之处: 　 。
3.[2023·天津和平区二模] 暴饮暴食、过量饮酒和高盐饮食都不利于健康,研究发现,长期高糖饮食导致的血糖浓度持续偏高,可能诱发糖尿病,患者的尿量会　　　　(填“增加”“减少”或“不变”)。有关研究还发现,乙醇会抑制抗利尿激素的释放,据此推测人体过量饮酒后尿量会　　　　(填“增加”“减少”或“不变”),为验证乙醇是通过抑制抗利尿激素的释放来影响尿量,研究小组将若干生理状况相似、性别相同的实验大鼠随机均分成两组,甲组大鼠灌胃适量乙醇溶液,乙组大鼠灌胃等量蒸馏水,半小时后检测并比较两组大鼠的尿量差异,请评价该实验方案是否合理并说明理由:　 。
综合考查实验设计
4.[2023·山东烟台模拟] 肾素也被称为血管紧张素原酶,是肾小球旁器细胞释放的一种蛋白水解酶,其分泌量受肾小动脉压及原尿中的钠量等因素影响。肾素作用于血浆内的血管紧张素原,经过一系列反应生成血管紧张素,促进血压上升。下图是机体通过肾素—血管紧张素—醛固酮系统对血压和血量的调节示意图。回答下列问题:
(1)肾素不属于动物激素的理由是　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)由图推测,高血压的形成机制:肾素分泌增加促进了血管紧张素的生成,血管紧张素一方面通过　　　　　,使血容量增加;另一方面通过　　　　　　　　　　,使血压升高。
(3)研究表明,依普利酮是一种降压效果显著的药物。现欲通过实验证实依普利酮是醛固酮受体拮抗药,能与醛固酮受体竞争性结合。请写出实验设计思路及预期结果。　 。
实验材料:(生理状况相同的)健康大鼠20只、(生理状况相同的)高血压模型鼠40只、(生理盐水配制的)依普利酮溶液、其他必备材料及检测装置。
5.[2023·广东汕头二模] 人和哺乳动物体内的脂肪组织分为白色脂肪组织(WAT)和褐色脂肪组织(BAT),二者能相互转化。WAT主要将多余的糖等能源物质转化为脂肪储存起来,BAT能通过促进脂肪的分解和氧化等来满足机体额外的热量需求。科研人员分析了不同温度下大鼠WAT和BAT的相对含量变化,结果如下图。回答以下问题:
(1)当受到寒冷刺激时,机体通过体温调节减少散热。皮肤减少散热的方式是　　　　　　　　　　　　。此外,寒冷刺激相关神经兴奋,促进　　　　　　　　等激素的释放,使脂肪组织的代谢活动增强,增加产热。
(2)根据题干信息和实验结果分析,大鼠脂肪组织能在寒冷环境中增加产热,原因可能是 　 。
(3)研究发现,位于线粒体内膜上的UCP-1蛋白能抑制ATP的合成,提升脂肪等能源物质中的化学能转化为热能的比例,药物A在抑制UCP-1蛋白的合成上具有专一性。为探究叶绿醇是否通过影响UCP-1蛋白的合成提高小鼠的抗寒性,设计以下实验。
分组 处理方式 培养条件 机体产热量
甲 正常大鼠+生理盐水 ②　　 　　　 　　　 　　　 ++
乙 正常大鼠+叶绿醇溶液 ++++
丙 ①　　　　　　　 +
注:“+”的数目代表产热量的多少,“+”越多,产热量越多
请完善表格中的实验方案:
③实验结论:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)基于上述研究,科研人员认为叶绿醇或许能应用于肥胖的治疗,理由是　　　 　　　。
高考生物二轮复习专题学案
16　实验分析、设计与评价（参考答案）
【高考曾经这样考】
1.A　[解析] 本实验的自变量为受伤后时间、小鼠类型以及注射物质种类;因变量为创伤面积相对大小。通过野生型鼠注射生理盐水组和注射吗啡组对比,发现注射吗啡组创伤愈合较慢,故得出吗啡能减缓伤口愈合的结论,A符合题意;通过野生型鼠注射生理盐水组和阿片受体缺失鼠注射生理盐水组对比,阿片受体缺失鼠创伤愈合更快一些,因此阿片受体不能促进伤口愈合,B不符合题意;生理条件下体内没有吗啡产生,C不符合题意;通过野生型鼠注射吗啡和阿片受体缺失鼠注射吗啡组对比,阿片受体缺失鼠注射吗啡组创伤愈合较快,但不能由题意得出阿片受体与吗啡成瘾有关的结论,D不符合题意。
2.D　[解析] 本实验的目的是探究环境污染物A对斑马鱼生理的影响,自变量是A物质浓度大小,因变量是肝脏糖原含量、肝脏丙酮酸含量和血液中胰高血糖素含量。有氧呼吸第一阶段和无氧呼吸的第一阶段都产生丙酮酸,故无法判断有氧呼吸和无氧呼吸快慢,A错误;由①可知,随着A物质浓度增大,肝脏糖原含量逐渐减小,葡萄糖转化为糖原的速率减慢,B错误;①中肝糖原含量减小,②中丙酮酸减少,细胞呼吸减弱,应为肝糖原分解成葡萄糖减少,葡萄糖分解为丙酮酸减少,C错误;③中血液中胰高血糖素含量增多,通过增加肝糖原分解等使血糖浓度持续升高,D正确。
3.(1)1、3、4、5、6　B
(2)糖类　减少脂肪的分解　将生长状况相同的寄主动物随机分为两组,一组让幼蜂寄生,一组不做处理,并分别检测脂质含量;一段时间后,检测、比较两组寄主动物处理前后脂质含量的变化
[解析] (1)结合题意可知,菌A是醋酸杆菌,表中第1、 3、 4、 5和6列中均有A存在,与第3列对比,结合羽化率数据可知,在有菌A的情况下,菌B会进一步促进提高幼蜂羽化率。(2)(ⅰ)研究发现幼蜂会分泌一种物质,类似于人体内胰岛素的作用,由于胰岛素具有降血糖作用,则其作用可以是促进糖类物质转化为脂质。(ⅱ)研究还发现,幼蜂的存在会导致寄主体内脂肪酶活性降低,这是通过减少脂肪的分解的方式使寄主积累脂质。(ⅲ)研究幼蜂是否对寄主体内脂质合成量有影响,自变量应为是否有幼蜂寄生,因变量为寄主体内脂质含量变化,可将生长状况相同的寄主动物随机分为两组,一组让幼蜂寄生,一组不做处理,并分别检测脂质含量;一段时间后,检测、比较两组寄主动物处理前后脂质含量的变化。
【重点热点题组练】
1.B　[解析] 分析题意,实验一和实验二都是探究一定范围内酶N的浓度对酶促反应速率的影响,为保证酶促反应正常进行,两组实验中的物质M都应保持过量的状态,A正确;分析题意可知,Pb2+能与酶N牢固结合而使酶失活,无法推知Pb2+与N的结合位点是否与M和N的结合位点相同,也可能是通过与其他位点结合导致酶空间结构变化而失活,B错误;分析题意,实验一是在最适温度下进行的,若略微升高实验一的反应温度,酶活性降低,则酶促反应速率会接近实验二反应速率,C正确;分析题意,实验一和实验二的自变量都是酶N的浓度(实验二各组都有等量微量Pb2+,也属于无关变量),因变量是酶促反应速率,D正确。
2.缺乏不施加Ca2+通道阻断剂的对照组(或应在施加Ca2+通道阻断剂前检测神经递质的释放量)
3.增加　增加　不合理,半小时后检测并比较两组大鼠的尿量差异的同时,还要检测并比较两组大鼠抗利尿激素的含量
[解析] 暴饮暴食、过量饮酒和高盐饮食都不利于健康,研究发现,长期高糖饮食导致的血糖浓度持续偏高,可能诱发糖尿病,患者的尿量会增加,因为原尿中含有高浓度的葡萄糖,导致肾小管和集合管等对水分的重吸收减弱,尿量增加。有关研究还发现,乙醇会抑制抗利尿激素的释放,据此推测人体过量饮酒后尿量会增加,因为抗利尿激素可以促进肾小管和集合管对水的重吸收,而乙醇会抑制抗利尿激素的释放,从而使尿量增多,为验证乙醇是通过抑制抗利尿激素的释放来影响尿量,研究小组将若干生理状况相似、性别相同的实验大鼠随机均分成两组,甲组大鼠灌胃适量乙醇溶液,乙组大鼠灌胃等量蒸馏水,半小时后检测并比较两组大鼠的尿量差异,该实验方案不合理,因为半小时后检测并比较两组大鼠的尿量差异的同时,还要检测并比较两组大鼠抗利尿激素的含量,这样可以使实验结果更具有说服力。
4.(1)肾素是蛋白水解酶,具有催化作用
(2)促进醛固酮的分泌使血钠(细胞外液渗透压)升高,从而促进抗利尿激素分泌增多,肾小管和集合管对水分的重吸收增加　促进小动脉血管收缩
(3)实验思路:将高血压模型鼠40只均分成甲组和乙组,健康大鼠20只作为丙组,测定各组鼠的醛固酮含量和血压值;给甲组鼠注射一定浓度的依普利酮溶液,乙组和丙组鼠注射等量生理盐水;连续处理一段时间后,测定每组鼠的醛固酮水平和血压值,并进行数据统计。
实验结果:三组大鼠的醛固酮水平基本不变,甲、乙组大鼠的醛固酮水平(基本)相同且高于丙组;甲组血压降低,乙、丙组的血压(基本)不变,甲、丙两组血压(基本)相同且低于乙组
[解析] (1)激素是指体内的某一细胞、 腺体或者器官所产生的可以影响机体内其他细胞活动的信息传递物质,而题目中肾素是蛋白水解酶,具有催化作用,不具有信息传递功能。(2)肾素的作用机理是肾素作用于血管紧张素原,经过一系列反应生成血管紧张素,一方面使小动脉血管收缩,一方面促进醛固酮的分泌使血钠(细胞外液渗透压)升高,从而促进抗利尿激素分泌增多,肾小管和集合管对水分的重吸收增加,使血容量增加,导致血压上升。(3)本实验的目的是验证依普利酮降压效果的作用原理,即依普利酮是醛固酮受体拮抗药,能与醛固酮受体竞争性结合,自变量为是否注射依普利酮, 因变量为大鼠的醛固酮含量和血压值。因此首先要将高血压大鼠分组,作为对照实验。实验思路:将高血压模型鼠40只均分成甲组和乙组,健康大鼠20只作为丙组,测定各组鼠的醛固酮含量和血压值;给甲组鼠注射一定浓度的依普利酮溶液,乙组和丙组鼠注射等量生理盐水;连续处理一段时间后,测定每组鼠的醛固酮水平和血压值,并进行数据统计。因为本实验是验证性实验,验证依普利酮是醛固酮受体拮抗药,能与醛固酮受体竞争性结合,因此预期结果:三组大鼠的醛固酮水平基本不变,甲、乙组大鼠的醛固酮水平(基本)相同且高于丙组;甲组血压降低,乙、丙组的血压(基本)不变,甲、丙两组血压(基本)相同且低于乙组。
5.(1)毛细血管收缩,汗腺分泌减少　肾上腺素、甲状腺激素
(2)寒冷环境中,小鼠的WAT转化为BAT,促进脂肪的氧化分解
(3)正常大鼠+叶绿醇溶液+药物A　低温(寒冷或4℃),其他条件相同且适宜　叶绿醇通过促进UCP-1蛋白的合成来提高小鼠的抗寒性
(4)在同等能量需求下,服用叶绿醇能促进UCP-1蛋白的合成,使脂肪在氧化供能时效率降低,脂肪消耗得更多
[解析] (1)在寒冷环境下,增加产热的途径:骨骼肌战栗;立毛肌收缩;甲状腺激素和肾上腺素分泌增加,使脂肪组织的代谢活动增强,增加产热。减少散热的途径:毛细血管收缩,汗腺分泌减少等。(2)WAT主要将多余的糖等能源物质转化为脂肪储存起来,BAT能通过促进脂肪的分解和氧化等来满足机体额外的热量需求,寒冷环境中,小鼠的WAT转化为BAT,促进脂肪的氧化分解,因此,小鼠脂肪组织能在寒冷环境中增加产热。(3)甲组是对照组,乙组、丙组为实验组,已知药物A在抑制UCP-1蛋白的合成上具有专一性,乙组的处理方式为正常大鼠+叶绿醇溶液,丙组的处理方式为正常大鼠+叶绿醇溶液+药物A。本实验的目的是探究叶绿醇是否通过影响UCP-1蛋白的合成提高小鼠的抗寒性,因此处理条件为低温(寒冷或4℃),其他条件相同且适宜。与甲组相比,乙组添加了叶绿醇溶液,机体的产热量增加,说明叶绿醇溶液能促进UCP-1蛋白的合成,提升脂肪等能源物质中的化学能转化为热能的比例。(4)UCP-1蛋白能抑制ATP的合成,提升脂肪等能源物质中的化学能转化为热能的比例,在同等能量需求下,服用叶绿醇能促进UCP-1蛋白的合成,使脂肪在氧化供能时效率降低,脂肪消耗得更多,因此有人认为叶绿醇或许能应用于肥胖的治疗。
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